§2 函数极限的性质
在§1中我们引入了下述六种类型的函数极限:
1);???? 2);???? 3);
4);?? 5); ??6)。
它们具有与数列极限相类似的一些性质,下面以第4)种类型的极限为代表来叙述并证明这些性质。
至于其他类型极限的性质及其证明,只要相应的作些修改即可。
定理3.2(唯一性)若极限 ?存在,则此极限是唯一的。
证? 设、都是当时的极限,则对任给的,分别存在正数与,使得当
时有
?????????????????????????????? (1)
当 时有
??????????????????????????????? (2)
取,则当时,(1)式与 (2) 式同时成立,故有
由的任意性得。这就证明了极限是唯一的。
定理3.3(局部有界性) 若极限 ?存在,则在某空心邻域内有界。
证? 设 。取,则存在,使得对一切有
。
这就证明了在内有界。
定理3.4(局部保号性)若(或),则对任何正数 (或),存在
,使得对一切 ?有
(或)。
证 设,对任何,取,则存在,使得对一切有
,这就证得结论。对于的情形可类似地证明。
定理3.5(保不等式性)设?与都存在,且在某邻域?内有,则
。??????????????????????? ? (3)
证 设,,则对任给的,分别存在正数与,使得当时
?????????????????????????? (4)
当 ?时有
????????????????????????????(5)
令,则当时,不等式 ?与(4),(5)式同时成立,于是
有,从而。由的任意性得,即(3)式成立。
定理3.6(迫敛性)设==,且在某内有
???????????????? (6)
则 。
证 按假设,对任给的,分别存在正数 ?与 ,使得当时
??????????????????????? (7)
当时有
?????????????????????????? (8)
令,则当 时,不等式(6)、(7)、(8)式同时成立,故有
,由此得 ,所以。
定理3.7(四则运算法则)若极限?与 ?都存在,则函数,当?
?时极限也存在,且
1)=
2)=
又若,则当时极限也存在,且有
3)
?这个定理的证明类似于数列极限中的相应定理,留给读者作为练习。
利用函数极限的迫敛性与四则运算法则,我们可从一些简单的函数极限出发计算较复杂的函数极限。
例1求。
解 由第一章§3习题13,当?时有 ,而 ,故由迫敛性得
? 。
另一方面,当时有 ,故由迫敛性又可得。
综上,我们求得? 。
例2 求。
解? 由 ??及§1例4所得的
并按四则运算法则有
=
例3 求?
解 当?时有 。
故所求极限等于? 。
例4?? 证明
证? 任给(不妨设),为使
????????????????????????? (9)
即,利用对数函数(当时)的严格增性,只要
于是,令,则当时,就有(9)式成立,从而证得结论。